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地化所利用氫氧穩(wěn)定同位素組成研究喀斯特流域水循環(huán)取得新進(jìn)展



流域中水循環(huán)組成（徑流、蒸發(fā)、蒸騰）的定量往往不是一件容易的事，特別是蒸散發(fā)量的區(qū)分既有來(lái)自地表的物理蒸發(fā)量，同時(shí)也有與生物相關(guān)的蒸騰量。

全球蒸散發(fā)定量的研究主要集中在干旱半干旱區(qū)，我國(guó)則主要集中在西北地區(qū)，而對(duì)氣候濕熱植物茂密的南方研究極少。貴州位于全球三大喀斯特集中分布區(qū)中面積最大的中國(guó)西南喀斯特區(qū)，由喀斯特水資源引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題較多，因此研究喀斯特地區(qū)的水循環(huán)規(guī)律對(duì)解決該地區(qū)與水資源相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題意義重大。

中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,喀斯特作用水-碳循環(huán)研究小組選取分布在貴州省境內(nèi)典型濕潤(rùn)亞熱帶季風(fēng)區(qū)的三個(gè)喀斯特地下河流域作為研究區(qū)，其中板寨為原始森林覆被，陳旗和燈盞河主要為旱地和水田。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)連續(xù)兩年（2007年9月～2009年8月）地下水和雨水的氫氧穩(wěn)定同位素組成（δD、d18O）分析，初步建立了研究區(qū)的大氣降水線(xiàn)方程及其與喀斯特地下水的關(guān)系。

研究發(fā)現(xiàn)大氣降水及地下水δD、d18O具有相同的季節(jié)變化，均表現(xiàn)為雨季偏輕，旱季偏重，表明喀斯特地下水和雨水季節(jié)上同步響應(yīng)氣候變化，地下水滯留時(shí)間短；原始森林覆被下但土壤覆蓋層較薄的板寨地下河同位素值組成變幅最大，雨季與雨水的同位素組成接近，且與雨水快速同步響應(yīng)，說(shuō)明降水快速補(bǔ)給地下水；而流域面積較小的陳旗與燈盞河流域由于土壤層較厚加上大量水田分布在泉域補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)，裸露地表的蒸發(fā)過(guò)程較強(qiáng)烈，導(dǎo)致下滲水同位素相對(duì)富集，使雨季泉水同位素值較雨水偏重且變化幅度較小。

依據(jù)氘盈余d-excess與蒸發(fā)作用的相關(guān)性，通過(guò)瑞利分餾模型計(jì)算出板寨、陳旗和燈盞河蒸騰比率分別為78%，10±4％和24±1％。燈盞河地下水受蒸發(fā)的影響程度（14±1%）強(qiáng)于陳旗地下水（6±4%），燈盞河較高的蒸發(fā)比率與水田比重較大有關(guān)，而原始森林覆蓋下的板寨地下河流域自由水面或土面蒸發(fā)對(duì)地下水的影響極弱。研究結(jié)果表明地下水氫氧穩(wěn)定同位素組成變化特征可作為不同土地利用分布格局和環(huán)境變化對(duì)水循環(huán)影響的重要指標(biāo)，該指標(biāo)可為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候的南方喀斯特地下河流域蒸散發(fā)研究和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。


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